高校生物化學實驗教學實施綠色化學理念的探索

劉少華，孫洪亮，陳 帥，王慧竹，祝 波

(1.吉林化工學院 化學與制藥工程學院，吉林 吉林 132022；2.吉林化工學院 信息與控制工程學院，吉林 吉林 132022)

2017年，習近平總書記在十九大報告中指出“堅持人與自然和諧共生，必須樹立和踐行綠水青山就是金山銀山的理念，堅持節(jié)約資源和保護環(huán)境的基本國策”[1]。2020年黨的十九屆五中全會指出“要加快推動綠色低碳發(fā)展，持續(xù)改善環(huán)境質量，提升生態(tài)系統(tǒng)質量和穩(wěn)定性，全面提高資源利用效率”[2]。隨著綠色、生態(tài)、環(huán)保理念逐步深入，人們環(huán)保意識越來越強，實驗教學綠色化已經成為高校實驗教師共同的責任，這就需要實驗教師對實驗教學模式進行改革，積極提倡綠色實驗教學。在實驗教學過程中充分融入綠色理念，探索綠色實驗方法，從源頭上減少污染，在實驗過程中加強整治。

一、生物化學實驗教學實施綠色化學的必要性

生物化學實驗教學是我院生物制藥專業(yè)的一門重要的基礎實驗課，實踐性較強。通過生物化學實驗教學，學生能夠鞏固和深入理解所學的基本理論知識，對培養(yǎng)學生觀察能力、分析解決問題能力、實際動手操作能力、創(chuàng)新思維能力、嚴謹科研能力等方面均有重要意義[3-4]。相比其他化學實驗，生物化學實驗一次產生污染物的排放量低，所以人們對生物化學實驗綠色化改革關注力度不夠。但是生物化學實驗過程中用到的化學試劑種類較多，雖然每次實驗過程產生污染物的排放量不多，若不及時采取有效措施防治，這些污染物長時間累積就會對人們身體健康造成危害，同時也會污染周邊環(huán)境。因此，如何降低生物化學實驗過程中產生的污染物和排放量，減少環(huán)境污染是首要問題。在生物化學實驗教學中開展綠色化學理念教育、樹立綠色化學意識、弘揚綠色化學精神就顯得尤為必要。

二、生物化學實驗課前滲透綠色化學理念

(一) 樹立綠色化學理念

實驗教師首先要樹立綠色化學理念和意識，然后將綠色化學理念貫穿在整個生物化學實驗教學過程中，培養(yǎng)學生節(jié)約、環(huán)保思維，更重要的是培養(yǎng)學生用綠色化學思維方式來解決生物化學實驗過程中出現(xiàn)的污染問題。在實驗教學中，實驗教師需要根據(jù)具體實驗內容、實驗步驟和實驗環(huán)節(jié)等方面，強化學生綠色化實驗意識，使學生養(yǎng)成綠色化的實驗習慣。大多數(shù)學生在實驗課前沒有接受過實驗訓練，基本操作技能相對薄弱，實驗教師需要要求學生課前進行線上和線下預習，提前了解常用試劑的性質，熟悉基本操作流程，盡量減少因操作不當而出現(xiàn)重復實驗、浪費試劑的現(xiàn)象，引導學生積極思考實驗過程中產生的污染問題以及如何進行防治。

(二) 試劑綠色化

節(jié)約試劑、減少污染物的排放是貫徹綠色化學理念的重要手段。通過查閱相關文獻資料，在完成實驗教學目標、保證實驗現(xiàn)象相同的情況下，優(yōu)先選用危險性小、污染性低的試劑。配置試劑前根據(jù)參加實驗的具體人數(shù)和分組情況，準確計算實驗試劑的用量。像血清、蛋白分子量、標準品等用量小的試劑，采用1～2 mL塑料試管分裝；像SDS、緩沖液、飽和硫酸銨等一次性用量較大的試劑，先配置母液，使用時再稀釋。在完成實驗的前提下，盡量節(jié)約試劑，注意試劑的回收和再利用，增強學生保護環(huán)境的責任感和使命感，踐行“綠水青山就是金山銀山”的理念。

(三) 設備綠色化

隨著社會進步與科技發(fā)展，實驗設備也需要更新?lián)Q代，一些使用時間長、老化的設備，不但工作效率低，還存在一定的安全隱患與環(huán)境污染問題。因此，為了給學生提供一個符合時代發(fā)展的、綠色的、健康的實驗環(huán)境，確保實驗安全，提高實驗質量，需要對實驗經費進行合理預算，做好設備的更新?lián)Q代。對一些精密儀器做適當?shù)拿芊馓幚?，避免在實驗中間環(huán)節(jié)出現(xiàn)污染問題，保證實驗設備綠色化。例如，磁力攪拌器配合電熱套，替代明火加熱；旋轉蒸發(fā)儀和冷卻水循環(huán)泵不但能滿足學生完成基本實驗，還能對有機溶劑進行回收。

(四) 實驗方案設計綠色化

根據(jù)生物化學實驗教學大綱的要求，充分考慮所用試劑和實驗產物對環(huán)境的污染情況，進行綠色化實驗設計，盡量選擇低污染、低毒性、價格合理的實驗，生物化學實驗綠色化教學設計如圖1所示。“考馬斯亮藍染料法測定蛋白質濃度”是生物化學的基本實驗之一，從綠色化學理念的角度出發(fā)，減少考馬斯亮藍G-250的用量，取得了較好的實驗效果。另外，還可以改用不需要顯色劑及其他試劑的紫外吸收法測定蛋白質含量，此種方法不但節(jié)約試劑，還減少了污染物的產生，完全符合綠色化學的宗旨。另外，增加自主性、綜合性、創(chuàng)新性實驗，提高實驗質量。針對實驗過程中產生的不同廢液殘渣，可以讓學生自行查閱相關的文獻資料，設計處理實驗廢液殘渣的方法，經教師審查并確認其設計方案的可行性和合理性后，學生可以進行試劑回收和無毒化處理。這樣不但能夠充分調動學生的積極性，提高學生解決實際問題的能力，還有助于培養(yǎng)學生基本的科研創(chuàng)新能力。

圖1 生物化學實驗綠色化教學設計圖

三、生物化學實驗課中滲透綠色化理念

(一) 實驗操作綠色化

學生在實驗過程中必須做到基本操作正確、規(guī)范，減少實驗試劑的用量，降低各種實驗器材的損耗率。在生物化學實驗過程中，實驗教師必須認真對學生的每個實驗環(huán)節(jié)進行適時指導，保證絕大多數(shù)學生實驗一次性成功，減少重復實驗的次數(shù)，提高生物化學實驗課的質量和效率。從量取試劑，到使用儀器設備，再到測定樣品含量，每一個過程都要嚴格按照要求進行操作，杜絕一些違反操作的現(xiàn)象發(fā)生，避免污染物的外泄造成二次污染。

(二) 利用多媒體虛擬仿真教學提升實驗綠色化

當今社會，信息化飛速發(fā)展，多媒體虛擬仿真教學是高校開展生物化學實驗綠色化教學模式的重要途徑。多媒體虛擬仿真教學可作為常規(guī)實驗教學的重要補充，學生可以通過多媒體虛擬仿真實驗對實驗原理、儀器裝置、實驗操作流程等進行仿真模擬，學生可以充分把握實驗過程中的注意事項及關鍵技術，拓寬學生的知識面，提高學生的積極性和主動性[5-6]。例如：SDS-聚丙烯酰胺凝膠電泳法測定蛋白質的相對分子量是生物化學實驗中開設的基礎實驗，實驗過程中用到的丙烯酰胺、甲叉雙丙烯酰胺、TEMED、過硫酸銨、十二烷基硫酸鈉(SDS)、巰基乙醇等均屬于有毒有害試劑，可以通過仿真系統(tǒng)進行模擬演練。多媒體虛擬仿真教學既能夠達到生物化學實驗教學的目的，又能夠節(jié)約資源，避免有毒有害物質的產生，進而提升生物化學實驗教學綠色化效果。

(三) 推行減量、微量、半微量實驗

從節(jié)約成本、減少環(huán)境污染、不影響實驗效果的角度出發(fā)，確保學生操作技能得以訓練的前提下，積極推廣減量、半微量或微量實驗[7-8]。制備實驗中，在確保得到真實結果的前提下，控制生物化學實驗過程中化學試劑的使用量，既可節(jié)省實驗成本，還可以降低最終的化學殘渣和有害氣體的生成量，減少廢液處理費用，降低廢棄物對環(huán)境的污染。在達到教學目標的同時，還構建了學生的節(jié)約、環(huán)保、創(chuàng)新思維，滿足綠色實驗的要求。

四、生物化學實驗課后滲透綠色化理念

(一) 生物化學實驗廢棄物處理綠色化

化學實驗不可避免的會產生一些有毒有害的物質，如果不及時采取有效措施，長期累積就會危害人們的身體健康，造成環(huán)境污染。相比有機、無機化學實驗，生物化學實驗過程中產生的廢棄物相對較少，作為一名實驗教師，有責任和義務監(jiān)督學生妥善處理實驗過程中產生的廢棄物，清理實驗場地，培養(yǎng)學生“善始善終，綠色實驗”的科研態(tài)度。

1.固體廢棄物

實驗中產生的固體廢棄物要分類存放到指定容器中。破損玻璃制品不能隨意丟進垃圾桶，應統(tǒng)一置于專門集裝箱中；用過的濾紙、試紙不能丟進水槽內；試管、槍頭、離心管等使用后最好存放到指定的垃圾袋內；實驗后的廢渣要分類貼簽保存，按照學校要求集中處理[9]。

2.液體廢棄物

實驗中產生的有毒、有害廢液，不能隨便倒入水池，對于一些酸堿溶液可以采取酸堿中和的方式，將pH值調到中性之后，再排入下水道；對于一些有機溶劑，要貼上標簽，注明廢液的名稱、濃度，統(tǒng)一分級、分門別類收集，存放在專用的廢液缸內[10]。

3.氣體廢棄物

生物化學實驗過程中產生的廢氣一般比較少，這些廢氣可以通過實驗室安裝的通風櫥和通風管道排出，在實驗操作過程中要做好必要的防護措施，打開通風系統(tǒng)。另外，實驗室內擺放的一些植物花卉也能夠對其有效地吸收，從而有效地降低對環(huán)境的污染。

(二) 生物化學實驗考核方法綠色化

為了讓綠色化理念深入學生的內心，實驗教師要建立綠色化生物化學實驗考核方法，把綠色化理念滲透于生物化學實驗考核評價的標準體系中。本文建立的綠色化生物化學實驗考核方法綜合考慮實驗前、實驗中和實驗后的各個環(huán)節(jié)，培養(yǎng)學生牢固樹立綠色化實驗意識和綠色化實驗習慣。此外，實驗教師在生物化學實驗授課過程中也需要注重貫徹落實綠色化理念，同樣可以將此項內容列入教師的績效考核中[11]。只有師生共同努力才能夠使環(huán)保意識逐漸養(yǎng)成，從而減少對環(huán)境的污染。具體的生物化學實驗綠色化考核評價體系如表1所示。

表1 生物化學實驗綠色化考核評價體系表

五、結 語

實驗教學是培養(yǎng)學生創(chuàng)新精神和實際動手能力的重要環(huán)節(jié)，是對理論知識的補充和延伸，具有較強的實踐性。實驗過程中難免會產生一些有毒有害的物質，如果不妥善處理這些有毒有害的物質，就會造成環(huán)境污染，甚至危害人類的身心健康。因此，在實驗教學過程中實施綠色化學理念是培養(yǎng)學生樹立環(huán)保意識、踐行綠色化學精神的重要途徑。實驗課前，樹立綠色化學理念，確保實驗試劑、設備、方案設計綠色化；實驗課中，確保實驗操作綠色化，利用多媒體虛擬仿真教學提升實驗綠色化，推行減量、微量、半微量實驗節(jié)約試劑，控制環(huán)境污染；實驗課后，對廢棄物進行綠色化處理，建立綠色化考核方法。作為高校生物化學實驗老師，應該將綠色化學教學理念、指導思想滲透到生物化學實驗的各個環(huán)節(jié)，培養(yǎng)學生綠色化學意識，養(yǎng)成學生綠色化實驗習慣，激發(fā)學生的創(chuàng)新思維，提高學生的環(huán)保責任感，使生物化學實驗教學綠色化真正得以實現(xiàn)。